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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades
von Antrieben für Wasserfahrzeuge
aller Arten und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur
Erhöhung
der Geschwindigkeit bzw. zur Verringerung der Antriebsleistung eines
Schiffes ist es bekannt, den Reibungswiderstand des Schiffskörpers im
Wasser zu verringern. Dies kann zum Beispiel durch einen stromlinienförmig ausgebildeten Schiffskörper und/oder
durch Beimengung von widerstandsvermindernden chemischen Additiven
in die Grenzschicht erfolgen.
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So
ist zum Beispiel aus der
DE AS
1 283 694 ein Verfahren zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes
bei Wasserfahrzeugen bekannt, bei dem durch Öffnungen in der Außenwandung
des Fahrzeugs ein den Widerstand herabsetzendes und sich im Wasser
entlang der Wandung ausbreitendes Additiv ausge stoßen wird.
Die am Bug ausgestoßene Additivschicht
wird vor dem dem Fahrzeug eigenen Umschlagpunkt der Grenzschicht
von Laminar- in Turbulenzströmung
durch einen hinter dem Bug entlang der Bordwand ausgestoßenen Wasserstrahl
von der Fahrzeugwand abgelenkt. Als Additiv ist ein wasserlösliches,
fließfähiges, stark
polares und lineares Polymer hohen Molekulargewichtes vorgesehen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herabsetzung des Strömungswiderstandes bei Wasserfahrzeugen, bei
dem durch Öffnungen
die in der Außenwandung des
Fahrzeugs ein den Widerstand herabsetzendes und sich im Wasser in
Richtung der Wandung ausbreitendes Additiv ausgestoßen wird,
ist aus der
DE OS 1
781 369 bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Additiv,
nachdem es längs
der Wandung geströmt-
ist, zum großen
Teil am Heckbereich wieder aufgefangen und im Kreislauf erneut ausgestoßen. Zur
Durchführung
dieses Verfahrens ist eine verstellbare Auffangvorrichtung für das Additiv
vorgesehen. Die Auffangvorrichtung ist zum Auffangen einer möglichst
großen
Additivmenge durch einen Fühler
verstellbar, der den Winkel zwischen Fahrtrichtung und Wasserströmungsrichtung
erfaßt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung
zur Durchführung des
Verfahrens zu schaffen, durch die der Reibungswiderstand eines Antriebspropellers
von Wasserfahrzeugen herabgesetzt wird und damit der Wirkungsgrad
erhöht
wird, so daß bei
gleicher instabiler Leistung die Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs
erhöht wird.
Auch soll mit dem Verfahren und der Einrich tung der Reibungswiderstand
an Kortdüsen
herabgesetzt und damit der Einfluß der Düse verbessert werden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reibungswiderstand
des rotierenden Antriebpropellers durch Beigabe einer wasserlösliches,
fließfähiges, stark
polares und Linearen Polymers hohen Molekulargewichts in seine Grenzschicht
herabgesetzt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die chemischen
Additive als wässrige
Lösung
an Bord des Wasserfahrzeuges aufbereitet und dem Antriebspropeller
bzw. der Kortdüse
zum Austritt in die Grenzschicht zugeführt werden.
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Der
Vorteil der Erfindung liegt in der Verringerung des Reibungswiderstandes
des rotierenden Propellerblattes, so daß eine Schuberhöhung bei gleichzeitiger
Drehmomentenverkleinerung erzielt wird.
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Zur
Durchfürhung
des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgeschlagen,
bei der die wässrige
Lösung
der chemischen Additive über
eine Hohlwelle dem mit Austrittsöffnungen
versehenen Antriebspropeller zuführbar
ist. Hierbei kann die Verteilung der wässrigen Lösung von der Hohlwelle zu den
Austrittsstellen des Antriebpropellers über einen Ringkanal erfolgen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß sich die Zuleitungskanäle und die
Austrittsöffnungen
in dem Antriebspropeller in der Nähe des Umschlagpunktes von
laminarer in turbulente Strömung
befinden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Zuleitungskanäle an den
Antriebspropellern durch Nach arbeit, insbesondere Fräsen, gefertigt
sind. Auch können
als Zuleitungskanäle
geeignete Hohlkörper,
insbesondere Profilrohre, in die Antriebspropeller eingelegt und/oder
eingegossen werden.
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Die
wässrige
Lösung
soll über
einen auf die Antriebswelle dicht aufgesetzten Ringkanal und radiale
Eintrittsöffnungen
der Hohlwelle zugeführt
werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die wässrige Lösung dem Hohlraum der Antriebswelle über eine an
der Stirnseite der Antriebswelle dicht aufgesetzte Haube und eine
oder mehrere axiale Öffnungen
zuführbar
ist.
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Ein
Vorteil der vorgeschlagenen Einrichtung liegt neben dem einfachen
mechanischen Aufbau darin, daß trotz
der Verbindung des Hohlraumes der Hohlwelle mit den im Antriebspropeller
befindlichen Austrittskanälen
die Mittel zur Befestigung des Propellers auf der Hohlwelle, nämlich Feder
und Nut, beibehalten werden können,
so daß eine
mechanisch feste Verbindung gewährleistet
ist. Ein weiterer Vorteil ist in der technisch einfachen und sicheren
Abdichtung der von den Vorratsbehältern zu der Hohlwelle führenden
Rohrleitung zu sehen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
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1 eine
Gesamtansicht,
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2 einen
Schnitt durch den Flügel
eines Antriebspropellers
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3 einen
dichten Rohranschluß an
die Hohlwelle und
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4 eine
Kortdüse,
die mit Austrittsöffnungen
und Zuleitungskanälen
versehen ist.
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In 1 ist
ein Antriebspropeller 1 mit Hilfe von zeichnerisch nicht
dargestellten mechanischen Mitteln, z.B. Feder und Nut, auf einer
Antriebswelle 2 mechanisch fest angeordnet. Die Antriebswelle
ist als Hohlwelle ausgebildet, deren Hohlraum 3 Zylinderform
aufweist und zentrisch zur Längsmittelachse der
Welle verläuft.
Nach außen
hin wird der Hohlraum durch zwei kreisförmige Scheiben 4 flüssigkeitsdicht
abgeschlossen, die an den Stirnseiten der Antriebswelle 2 senkrecht
zur Wellenlängsachse
befestigt sind. Auf der Propellerseite kann die Scheibe 4 mit
einer stromlinienförmigen
Abdeckhaube mechanisch fest verbunden oder als stromlinienförmige Haube
ausgebildet sein. Als Befestigungsmittel können zeichnerisch nicht dargestellte,
allgemein bekannte mechanische Verbindungselemente, wie z.B. Gewindeschrauben
dienen.
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Der
Antriebspropeller 1 weist an den Kanten seiner Flügel Austrittsöffnungen 5 auf,
die über
Zuleitungskanäle 6 mit
einer ringförmigen
Nut 7 verbunden sind, die in die Nabe des Propellers 1 eingelassen
und zur Propellerachse hin offen ausgeführt sind. Im zusammengebauten
Zustand von Propeller 1 und Antriebswelle 2 steht
die ringförmige
Nut mit mehreren Bohrungen 8 in Verbindung, die in der
Antriebswelle 2 senkrecht zur Längsachse derart eingelassen sind,
daß eine
durchgehende Verbindung von dem Hohlraum 3 der Antriebswelle 2 zu
den Austrittsöffnungen 5 des
Antriebspropellers 1 gewährleistet ist.
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Die
Antriebswelle 1 weist an ihrem anderen Wellenende mehrere
Bohrungen 9 auf, die die Welle senkrecht zu ihrer Wellenachse
durchsetzen und mit dem Hohlraum 3 in Verbindung stehen.
Der Hohlraum 3 steht über
diese Bohrungen 9 und eine Rohrleitung 10 mit
einem zeichnerisch nicht dargestellten Vorratsbehälter in
Verbindung. Die Verbindung zwischen der Rohrleitung 10 und
den Bohrungen 9 erfolgt mit Hilfe eines Dichtelementes 11,
an dem die Rohrleitung 10 befestigt ist. Das Dichtelement
ist derart ausgebildet, daß ein
ringförmiger
Kanal 12 zwischen seinem an die Welle angrenzenden Teil
und der Welle 2 entsteht. Zur Abdichtung des Dichtelementes 11 gegenüber der
Antriebswelle 2 sind Dichtringe 13 vorgesehen.
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Mit
Hilfe der in 1 dargestellten Einrichtung
kann der Reibungswiderstand des rotierenden Antriebspropellers 1 dadurch
herabgesetzt werden, daß seiner
Grenzschicht über
die Rohrleitung 10, die Bohrungen 9, den Hohlraum 3,
die Bohrungen 8, die ringförmige Nut 7, die Zuleitungskanäle 6 und
die Austrittsöffnungen 5 chemische
Additive aus einem Vorratsbehälter
beigegeben werden. Hierzu können die
chemischen Additive als wässrige
Lösung
an Bord des Wasserfahrzeuges aufbereitet werden. Um eine größtmögliche Herabsetzung
des Reibungswiderstandes zu erreichen, ist es zweckmäßig, die
Austrittsöffnungen
in dem Propeller 1 möglichst
in der Nähe
des Umschlagpunktes von laminarer in turbulente Strömung anzuordnen.
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Aus 2 ist
der Verlauf und die Anordnung der Zuleitungskanäle 6 in einem Flügel eines
Antriebpropellers 1 ersichtlich. In dieser Figur sind dieselben Bezugszeichen
wie in 1 verwendet worden. Die Zuleitungskanäle 6 können durch
Nacharbeit, insbesondere Fräsen,
an den Antriebsorganen gefertigt sein. Es ist jedoch auch möglich, als
Zuleitungskanäle 6 geeignete
Hohlkörper,
insbesondere Profilrohre, in die Antriebsorgane einzulegen und/oder
einzugießen.
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Wie
in 3 dargestellt ist, kann die Verbindung zwischen
der Rohrleitung 10, die zu einem zeichnerisch nicht dargestellten
Vorratsbehälter führt, und
dem Hohlraum 3 der Antriebswelle 2 auch direkt
erfolgen. Für
diesen Fall weist die Hohlwelle keine zusätzlichen Bohrungen (in 1:
Bohrungen 9) auf und ist an ihrer Stirnseite nicht durch
eine kreisförmige
Scheibe (in 1: Scheibe 4) abgedichtet.
Vielmehr ist ein Gehäuse 14 vorgesehen,
das mit dem Zuleitungsrohr 10 mechanisch fest verbunden ist.
Das Gehäuse 14 greift über das
Ende der Antriebswelle 2. Als Dichtelement zwischen dem
Gehäuse 14 und
der Antriebswelle 2 dient ein Dichtungsring 15.
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In 4 ist
eine Kortdüse 16 an
einem Schiffskörper 17 drehbar
gelagert. Bekannterweise sind Kortdüsen überall da angebracht, wo höher belastete
Propeller eingesetzt werden. Man unterscheidet feststehende Düsen, die
hinter dem Propeller angeordnet sind und drehbare Düsen, die
als Propeller wirken. Die Anwendung einer Kortdüse findet dort eine Grenze,
wo der Düsenwiderstand
größer als
die erreichbare Zusatzleistung und somit eine Wirkungsgradverschlechterung
erreicht wird. Der Wirkungsgrad läßt sich durch die Beimengung
von chemischen Additiven in die Grenzschicht verbessern. Hierzu
weist die Kortdüse 16 Öffnungen 5 und
Zuleitungskanäle 6 auf,
denen über
einen Hohlraum 3 der Welle 2 die chemischen Additive
zuführbar
sind.